通信工程B09010335论文报告

1、南京邮电大学 毕 业 设 计（论 文）题 目实验过程管理服务系统中心转接台设计专 业通信工程学生姓名何 聪班级学号B090103 B09010335指导教师林建中评阅教师叶 玲指导单位通信与信息处理实验教学中心 日期： 2012 年 11月 15 日至 2013 年 6 月 6 日毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。 论文作者签名：何聪 日期： 2

2、013 年 6 月 6 日摘 要近年来，随着各高校不断地扩招，其办学规模也不断扩大，实验教学资源日趋紧张。资源的分散与实验教学要求间的矛盾越发突出，如何合理利用实验教学资源、提高资源利用率成了各高校的研究课题。实验过程管理服务系统就是为解决这一问题而设计的，它由学生台、教师台和转接台三大部分组成。而转接台是该系统的关键部分，它是管理和沟通学生台与教师台的转发中心，本文主要就是设计实验过程管理服务系统的中心转接台。转接台系统设计以Easy AVR M128 SK开发板为平台，利用板上四位独立按键和LCD12864显示屏来实现系统控制和信息查询，通过RS232串口连接学生台进行有线通信，扩展nRF

3、905模块与教师台进行无线通信。本文首先提出了基于AVR的实验过程管理服务系统中心转接台的研究背景和系统概述。其次介绍了硬件平台和软件工具，接着对基于AVR的中心转接台系统的软硬件设计方案、硬件模块、软件程序进行了讨论。最后简单地描述了系统的调试过程，也发现了不少新的问题，可以在今后的研究中进一步探讨。关键字：AVR；转接台；实验管理；通信协议 ；有线；无线；学生台；教师台ABSTRACTIn recent years, the experiment teaching resources are becoming scarcer than they were in Higher Learnin

4、g Institutions with the school-running scale expanded continually. The contradiction between the scatter of resources and experimental teaching requirements is coming out, how to make use of experimental teaching resources reasonably and improve resource utilization became a research subject of univ

5、ersities. Experiment process management and service system is designed to solve this problem, it is made up of students set, teachers set and transfer station. And transfer station is a key part of the system, its function is to manage and communicate students set and teachers set, this paper is to

6、design the transfer station, the transfer center of experiment process management and service system.Transfer station system design with Easy AVR M128 SK development board as the platform, using the four independent keys and LCD12864 display on board to realize system control and information query,

7、through serial port of RS232 to connect students set for wired communication, extending nRF905 module for wireless communication with teachers set. At first, this paper puts forward the research background and system overview of the transfer station system which based on AVR. Secondly it introduces

8、the hardware platform and software tools, and then the hardware and software design scheme, hardware module, software program are discussed. Finally, this paper simply describes the system debugging process, and finds a lot of new problems which can be further discussed in the future research.Key wo

9、rds：AVR；Transfer station；The experiment management; Communication protocol; Wired; Wireless; Students set; Teachers set目 录第一章绪论11.1研究背景11.2系统概述21.3本文章节架构2第二章 硬件平台与软件工具简介32.1AVR平台Easy AVR M128 SK简介32.2软件工具42.2.1ICCAVR42.2.2AVR Studio52.2.3编程、下载及仿真调试步骤5第三章 软硬件设计方案83.1系统介绍83.2方案选择93.2.1组网方法93

10、.2.2转接台方案103.3通信协议9第四章 硬件设计184.1ATmega128 CPU核心板184.2显示屏LCD12864概述204.3有线通信模块RS232概述224.4开发板拓展无线模块nRF905概述23第五章 软件设计265.1转接台的流程架构265.2关键程序33第六章 软硬件调试366.1LCD12864屏幕显示调试366.2RS232串口调试366.3nRF905串口调试40结束语 41致 谢 42参考文献4344 / 50文档可自由编辑打印第一章 绪论1.1 研究背景高等教育的发展对实验教学提出了新的要求，随着高校办学规模的扩大，实验教学资源日趋紧张、资源分散，实验教学与

11、要求间的矛盾越发明显，为了合理利用实验教学资源，提高利用率，各高校相续建立了各类教学实验中心，实验采用综合开放管理模式，即以学生为主体、采用自主开放实验形式，实验在教师指导下，学生自主独立完成综合实验的新型实验形式，其结果可以大大激发学生的创新意识，培养学生独立参与科研的能力。然而这种新型实验模式也对实验管理提出了新的要求，主要表现在以下几个方面：实验设备的综合利用，综合实验中心为了提高实验室和实验设备的利用率，采用现代化信息化管理手段，实现实验中心的综合开放，综合实验管理、运行，也即同一实验室可以承担多种实验，同一实验也可以在不同的实验室中完成，只要实验室具备相应的实验设备条件。实验辅导与实

12、验管理的功能分离，综合实验室具备完成多种实验的条件，实验的高效管理则要求以最小的成本，使实验设备发挥最大的效用。而传统实验管理加指导的形式很难使两者兼顾，比较有效的方法是采用实验辅导和实验管理的分离，即用少量的管理人员负责实验室设备的准备和实验室的使用分配，大量的各类的实验指导由兼职的专业教师承担。实验中心采用综合开放管理模式，实现实验资源的最大利用。开放实验的特征形式，开放实验包括短时的集中实验、长期的相对集中实验和完全学生自主开放实验等多种形式。短时集中实验适合于课程实验，以演示、验证实验为主，一位教师负责一个自然班的实验指导。长期相对集中实验以大型综合实验为主，在一段时间内以学生为主体，

13、教师实验指导为辅的开放实验形式，由一个教师团队完成一批学生的实验辅导。学生自主开放实验是导师制的学生自主实验，以完成学生课外科技开发项目为主，是发挥学生创新能力的很好形式。无论何种形式，学生在实验中能及时得到老师的辅导指点，无疑可以大大提高实验效率，但在综合实验环境下，在学生多，开放式过程种，学生和老师间的联系较少，熟悉程度有限，会使学生和老师联系相对困难，同时由于学生实验位置的分散而使辅导教师无法选择最合理的实验辅导地点，学生也无法及时联系到辅导教师，降低了实验效率。在综合实验环境下，各种类型的实验中心同时进行，实验中心在为学生提供必要的实验场地和设备外，如何提高实验过程中学生和实验辅导教师

14、间的信息沟通也是提高实验设备利用率的一个重要手段，为此，我们研究开发了一种实验电子辅助系统，构建有效的师生联系通道，加强实验师生间的信息交流，提高实验效率。1.2 系统概述实验过程管理服务系统由学生台、教师台和转接台三大部分组成，此次主要是设计实验过程管理服务系统中心转接台。以转接台来建立师生间信息勾通的桥梁，实现操作简单、勾通快速、高效服务的实验过程管理；并记录实验过程，分析实验效果和服务水平。转接台的工作方法主要分几大部分，有些是需要经常操作，有些只是配置时操作，主要有以下几个方面：配置系统参数，在系统安装或改变系统使用环境、实验开设、教师人员变动时配置或修改配置参数；处理教师台的登录与撤

15、消信息；处理和向教师台转发学生台的信息查询与呼叫信息；处理和转发教师台的应答信息；以及对服务质量进行管理，对实验辅导过程进行全程记录和信息管理，通过日志可以分析实验效果、实验质量、实验难度、学生实验的理解及教师对实验的参与程度。真正从技术手段上实现对实验的过程管理。1.3 本文章节架构本文主要讨论了基于AVR的实验过程管理服务系统中心转接台的实现，重点介绍了基于Easy AVR M128 SK平台的LCD12864使用，以及RS232有线通信接口、nRF905无线通信模块间信息的传输和转发。第一章绪论主要介绍了基于AVR的实验过程管理服务系统中心转接台的研究背景和系统概述。第二章介绍了硬件平台

16、与软件工具，包括Easy AVR M128 SK开发板和进行平台搭建时所用到的ICCAVR和AVR Studio软件工具的介绍。第三章介绍了基于AVR的转接台的软硬件设计方案讨论。包括系统的详细功能介绍，学生台与教师台的选择方案，主要介绍了转接台的方案设计和三者在通信中涉及到的通信协议。第四章讨论了基于AVR的转接台的硬件设计。设计充分利用了Easy AVR M128 SK开发板的LCD12864、RS232资源，并在此基础上对其进行了无线通信模块的扩展，增加了nRF905无线芯片。第五章讨论了系统的软件结构，详细列出了系统的流程架构，明了地画出了流程图并列出了一些重要的程序。第六章简单地描述

17、了系统的调试结果。第二章 硬件平台与软件工具简介2.1 AVR平台ATmega128L简介Easy AVR M128 SK是AVRVI设计生产的AVR学习开发生产工具，以Atmega128为核心，采用底板，核心板的组织形式，集成AVR JTAG ICE仿真器和STK500 ISP编程器，用户只需要再拥有一台计算机即可进行系统的学习。图2-1 Easy AVR M128 SK开发板图 图2-1显示了Easy AVR M128 SK开发板各资源，详细包括：ATmega128 CPU核心板：l M128 所有引脚引出，可以利用杜邦头很方便的进行接插扩

18、展，标准2.54针距，可以直接插在万用板上使用，便于进行实验。l M128 DB Core 自带5V、3V 双路电源稳压。l M128 DB Core 外部晶振多种选择，既可以使用板上已经焊接好的14.7456M的晶振，也可以自己根据自己的需求扩展，晶振的切换通过跳线实现。l M128 DB Core 带有JTAG ISP 标准接口l M128 DB Core 自带一路标准RS232TTL 转换电路，方便实现串口通信。底板：l 板载JTAG 仿真器l 板载STK500 下载内核l 2 路独立可调的信号调理电路，可控增益G=0.1-10l 2 路RS232 串行接口l 1 路RS485 接口l

19、8 路LED 显示l 4 位动态7 段数码管，利用74HC595进行驱动l 4 位独立按键l 板载IIC 总线PCF8563 实时钟芯片l 板载IIC 总线EEPROM AT24c01l 1 路有源蜂鸣器l 1 路18B20 温度传感器接口，支持单总线器件。l 1602LCD 接口l 12232、12864 LCD 接口。2.2 软件工具2.2.1 ICCAVR 自ATMEL公司的AT90系列单片机诞生以来有很多第三方厂商为AT90系列开发了用于程序开发的C语言工具，ICCAVR就是ATMEL公司推荐的第三方C编译器之一。ICCAVR是一种符合ANSI标准的C语言来开发MCU（单片机）程序的一

20、个工具，功能合适、使用方便、技术支持好，它主要有以下几个特点：1.ICCAVR是一个综合了编辑器和工程管理器的集成工作环境（IDE）；2.源文件全部被组织到工程之中，文件的编辑和工程的构筑也在这个环境中完成，错误显示在状态窗口中，并且当你点击编译错误时，光标自动跳转到错误的那一行；3.该工程管理器还能直接产生 INTEL HEX格式文件的烧写文件（该格式的文件可被大多数编程器所支持，可以直接下载到芯片中使用）和符合 AVR Studio的调试文件(COFF格式)。4.ICCAVR是一个32位的程序，支持长文件名。5.ICCAVR是一个综合了编辑器和工程管理器的集成开发环境(IDE)，是一个纯3

21、2位的程序，可在 Win 95、Win 98、Win ME、Win NT、Win 2000、Win XP和Win 7环境下运行。2.2.2 AVR Studio ATMEL的AVR单片机的集成环境汇编及开发调试软件，完全免费。ATMEL AVR Studio集成开发环境(IDE) ,包括了AVR Assembler编译器、AVR Studio调试功能、AVR Prog串行、并行下载功能和JTAG ICE仿真等功能。它集汇编语言编译、软件仿真、芯片程序下载、芯片硬件仿真等一系列基础功能，与任一款高级语言编译器配合使用即可完高级语言的产品开发调试。2.2.3 编程、下载及仿真调试步骤我们首先需要安

22、装ICCAVR完成代码的编写、编译，再通过avriccpluginsetup_studio插件配合AVR Studio完成Easy AVR M128 SK板的烧写调试。在烧写之前，我们需要安装USB下载驱动程序，再通过USB下载线连接Easy AVR M128 SK板串口。具体步骤如下：1. ICCAVR编程、编译编程前先点击“project”里的“options”选择所用的芯片ATMega128。图2-2 ICCAVR选择芯片然后在“project”里建立一个新工程，再建立一个新文档编写程序，在所建的工程里将该程序文档添加，最后点击红色的“build project”编译生成HEX文件。图2

23、-3 ICCAVR编程、编译2. AVR Studio 烧写调试首先通过USB下载线将Easy AVR M128 SK板上USB串口和计算机连接，在计算机的设备管理里查看USB Serial Port端口（COM4）。打开AVR Studio，在“Tools”中的“Program AVR”中选择“Connect”连接Easy AVR M128 SK板。图2-4 连接实验板图2-5 选择Platform和Port连接后在跳出的窗口中选择烧写程序的芯片ATMega128。图2-6 选择烧写芯片最后点击“Program”菜单选择要烧写调试的HEX文件，点击“Program”运行。图2-7 烧写芯片第

24、三章 软硬件设计方案3.1 系统介绍实验过程管理服务系统由3个部分构成，学生台、教师台与转接台。转接台是管理和沟通学生台与教师台的转发中心，其系统结构图如图3-1所示：图3-1系统结构图首先中心转接台要完成系统参数的配置，在系统安装或改变系统使用环境，实验开设、教师人员变动时配置或修改配置参数。其后，转接台向教师台传输实验相关信息。教师台链接相关信息传输给转接台完成登录与撤消，系统的使用以教师的登录开始，以教师的登陆注销结束。转接台处理整合教师台的信息建立在线教师表，当学生台有在线教师查询时向其传输。系统的主要功能是学生对实验老师辅导状态的查询和学生的实验呼叫。通过实验查询，学生可以了解当前在

25、实验室辅导教师的人数，忙闲情况，可以正确地、又针对性地选择合适的辅导教师，提高实验辅导的效率。教师台收到转接台转发的学生台的呼叫后，给予应答和处理，教师台可以根据当前的具体情况，迅速、暂缓或拒绝学生台的呼叫请求，但通过与学生台间信息的勾通，可以明示学生台相应的理由。提高了实验辅导服务质量。 同时，转接台要对实验辅导过程进行全程记录和信息管理，通过日志可以分析实验效果、实验质量、实验难度、学生实验的理解及教师对实验的参与程度。真正从技术手段上实现对实验的过程管理。3.2 方案选择由于转接台是管理和沟通学生台与教师台的转发中心，所以学生台与教师台的方案选择都会在一定程度上影响转接台的方案选择。在沟

26、通学生台与教师台时，通信可以采用有线传输和无线通信两种方式，考虑系统环境和使用的特点，研究合适组网方法是非常必要的。目前主要的技术包括：局域网技术、有线串行总线通信技术和无线通信技术。要完成三者之间的通信，还需要根据组网方式和通信内容设计合理的通信协议。3.2.1 组网方法转接台的组网方式的研究就是分别对学生台组网和教师台组网方式的研究。1) 学生台组网分析学生台的特点是用户数量多，呼叫的突发性、随机性，系统供电等问题。可以采用有线或无线两中通信方式。但根据不同应用环境需要采用不同的组网方法。有计算机的学生台合适使用网络技术，借助用户计算的强大功能，设计合理的用户界面程序，可以实现多功能实验过

27、程管理系统。没有计算机的实验台的实验室可以设计专用实验台终端，有线通信可以减少数据干扰。多用户的供电可以采用集中或分散供电方式，而集中供电方式即可以降低成本，又可以有效控制所有用户台的工作状态。随着物联网技术的发展，自组网的无线用户网络也是可以考虑的方案之一。由于低成本、易实现等各种原因，学生台决定采用有线的专用实验台终端。2) 教师台组网分析教师台应便于教师操作，而教师在实验过程中需要为不同的用户服务，所以移动方式更适合教师台的设计，通信自然需要采用无线通信方式。移动教师台就是把教师台设计成便携式设备，供教师服务其间携带使用，其方式的优点是使用方面，逻辑关系清楚，设计合理，缺点是需要无线通信

28、技术，对于功能简单的移动台，带有MCU的双向简单无线通信方式是比较合理的方案，它设计简单，成本低，具有专用功能。便携式设计也对系统功耗、供电方式提出了更高要求。采用具有Android系统的智能手机也是一种优秀的设计方案，可以利用公网技术组建系统，教师台使用灵活，携带方便。但这种设计要求更多的技术支持，成本高。也可以采用固定方式设计。固定式教师台设计简单，但在教师的流动服务过程中无法携带，要完成移动服务需要把每个学生台都设计成学生教师两用台，用多点完成教师台的移动功能。综上所述，教师台决定采用无线移动的设计方式。3.2.2 转接台方案1) 系统网络结构合理的系统网络结构要从多方面考虑，首先根据实

29、验室设备条件，其次要根据用户使用需求，同时也要考虑设备的性价比。综合上面分析所述，最合理的网络结构可以设计成：有线（学生台）+有线无线中心转接台+无线（移动教师台）形式。由于实验呼叫系统的特点是学生工作台多，教师台少，通信数据往往是多点对一点。有线+无线方案就是学生台采用有线连接方案，学生台信号通过中心转接台与无线移动教师台通信。中心转接台是系统控制中心，即是数据转发点，又是数据控制中心，也是电源供应点。学生台和中心转接台采用RS232通信，保证中心对学生台通信信道的绝对畅通，学生台共享接收数据，通过通信协议区分信息内容。而学生台上行数据采用时分复用，通过中心转接台轮循访问，防止学生台的通信数

30、据碰撞。2) 转接台位置方法分析中心转接台是实验过程管理服务系统的关键设备，但中心转接台的实际设置是可以有多种方法。用计算机设计中心控制台，控制学生台与教师台之间的通信转发，数据配置、数据记录和查询。可以很容易实现功能强大的服务系统。无论学生台和教师台采用什么方案都可以选用。但控制台必须采用合适的通信技术连接学生台和教师台。也可采用专用系统实现中心控制台，这是也称位中心转发台。它与学生台有线通信，远程供电，数据收发，它与移动教师台实现无线通信，数据收发。中心台可以独立，也可以由某一学生台代替。本次设计转接台采用的是独立计算机。3) 转接台信息配置方法实验过程管理服务系统成功运行首先需要管理员编

31、写基本的实验相关信息，再以TXT文档的格式通过串行口向转接台传输，以便作为后续通信的基础信息，如教师信息和能开实验信息。图3-2教师信息TXT下载图3-3能开实验TXT下载图3-4基本信息TXT下载为了在后续通信中信息帧尽量短尽量小，管理员需要设计了名称代号对照表（表3-1和表3-2）来将信息量大各类名称转换成代号，通信时信息内容只需要传输数字代号即可。例如：从下表可以看出，通信传输实验室地址“综合实验1室”至少需要11个字节，但当传输“01”代号再利用名称代号对照表进行转换翻译成“综合实验1室”时只需要2个字节。如此极大地减少了通信过程中的信息量。表3-1 名称代号对照表实验室laborat

32、ory教师姓名teacher教师职称profession11Byte2Byte8Byte2Byte6Byte2Byte综合实验1室01张三01讲师01综合实验2室02李四02实验师02综合实验3室03王五03副教授03综合实验4室04吴某某04研究员04综合实验5室05欧阳某某05教授05表3-2 名称代号对照表年级grade分类名称experiment实验名称course10Byte2Byte8Byte2Byte18Byte2Byte本科一年级01课程实验01电装实习01本科二年级02课程设计02电工电子实验02本科三年级03软件设计03通信原理03本科四年级04硬件设计0451单片机04硕

33、士一年级05软硬件设计05AVR单片机05转接台需要在通信一开始就把名称代号对照表（表3-1和表3-2）传输给学生台和教师台，此表示是后续三者对接受到的信息解读的翻译表。管理员在建立实验过程管理服务系统时还要为每个学生台设定通信地址，并编写通信地址转换表（表3-3和表3-4）。后续通信时转接台接收到一个信息，得到一个通信地址，根据下表把学生台的通信地址转换成其实际学生台地址代号，再经过名称代号对照表转换翻译成实际学生台地址。表3-3 通信地址转换表通信地址实验室学生/教师台状态3Byte2Byte2Byte1 Byte00101010030013008103010120034001310001

34、014000100200110002010000020200000表3-4 通信地址转换表通信地址实验室学生台状态3Byte11Byte4Byte1 Byte001综合实验1室01台0030综合实验1室30台081综合实验3室01台0120综合实验3室40台0131教师台01台0140教师台10台0200学生台广播广播0201教师台广播广播0202全局广播广播0管理员除了以上两个表（表3-1和表3-2、表3-3和表3-4），还需要编写教师信息表（表3-5）和能开实验表（表3-6）。这两张表转接台需要传输给教师台，教师台链接两表实现教师登录或注销。表3-5 教师信息表教师姓名教师职称说明2Byt

35、e2Byte24Byte01011010202102030310304041040505105教师信息表中的说明一项因为内容不一定性，所编写的不是数字代号而是汉字，所以可能蕴含的信息量很大。表3-6 能开实验表年级实验分类实验名称2Byte2Byte2Byte010201020202030103040504050505以上四张表都是需要管理员在实验开始前利用计算机编写的基本实验相关信息，再以TXT文档的格式通过串行口向转接台传输。实验开始后，在系统进行通信的过程中转接台对接受的信息会进行存储处理，再生成两张信息表：在线教师表（表3-7）、过程记录表（表3-8）。转接台在接受到学生台的查询请求时

36、，需要把在线教师表（表3-7）传输给学生台。表3-7 在线教师表实验名称课程名称教师姓名教师台教师位置2Byte2Byte2Byte2Byte4Byte020101010000020202020202010303030303050404040404050505050505而过程记录表（表3-8）是为了方便管理员通过转接台来查询实验过程情况，分析实验效果、实验质量、实验难度、学生实验的理解及教师对实验的参与程度。表3-8 过程记录表实验室实验台呼叫时间服务时间2Byte2Byte5Byte5Byte01018：338：5001028：429：1201039：109：20050414：4214：5

37、03.3 通信协议通信接口：采用有线RS232接口和无线SPI接口，一个中心转接台最多可以连接140个终端，其中包括学生台和教师台，学生台可以为128个，其余为教师终端。通信协议：采用主从方式，转接台为主机，通过轮询与学生台通信，下行数据广播，学生台选择性接收，学生台的信息发送在轮询窗口内完成。地址1128 为学生台物理地址。130-140为教师台地址。200学生台广播地址、201为教师台广播地址，202位全局广播地址 信息帧结构：表3-9信息帧结构表起始符地址命令字信息长度信息内容结束符$1-140CS0-CT60Xbb0102#信息帧包含1Byte的起始符，3Byte的地址，3Byte的命

38、令字，2Byte的信息长度，0到246 Byte的信息内容，和1Byte的结束符。整个信息帧最多256个Byte。转接台接受到一个这样的信息帧后，检测到 $ 符号就开始接受信息，收到 # 或没接受到信息超时（20ms）则停止接受并存储已接受到的信息。存储信息完成后，转接台先从中提取前3个Byte，查询信息来源。再提取随后3个Byte，查看命令字，了解对方的信息要求，明白自己要完成的任务。从第9个Byte开始提取信息内容（如果信息帧中含有信息内容），完成相关处理。在系统整个通信流程中所用到的命令字如表3-10所列： 表3-10命令字表序号命令字方向功能说明学生台发起的通信1CS0CS转接台已收到

39、学生台的命令每次接受信息后回复一个确认信息2CS1CS转接台轮询学生台状态轮训学生台状态，标记可运行的学生台3SC1SC学生台回复开机确认4CS2CS转接台向学生台广播名称代号对照表每次学生台开机都广播（学生台每次关机都消除记忆）5SC3SC学生台请求转接台传输在线教师表信息每次学生台需要查询在线教师时，都需重新请求6CS3CS转接台向学生台传输在线教师表信息传输最新更新的在线教师表信息7SC4SC学生台向教师台请求服务8CT4CT转接台向教师台转发学生台的服务请求9SC5SC学生台取消服务请求10CT5CT转接台向教师台转发学生台的取消请求要求教师台删除该学生排队列表教师台发起的通信11CT

40、0CT转接台已收到教师台的命令12TC1TC教师台请求转接台传输4张表信息教师台初次开机和转接台基本信息有更新时13CT1CT转接台向教师台传输所有表信息所有表信息：实验台地址转换表、名称代号对照表、教师信息表和能开实验表14TC2TC教师登录教师台链接教师信息和能开实验信息，生成在线教师信息并向转接台传输15CT2CT教师登录确认转接台在在线教师表中添加该教师信息16TC3TC立刻服务教师台要立刻回复学生台的服务请求17CS3CS立刻服务转接台向学生台转发教师台的服务请求回复18TC4TC稍后服务19CS4CS稍后服务若学生台没有收到服务请求回复，可重发请求20TC5TC取消服务确认教师台删

41、除该学生排队21CS5CS取消服务确认22TC6TC教师注销教师台向转接台要求在在线教师表中消除该教师23CT6CT教师注销确认转接台在在线教师表中注销该教师信息注： C：Center表示转接台；S：Students表示学生台；T：Teachers表示教师台；CS：表示信息由转接台发出给学生台，“”表示方向。例如教师台的登录流程:表3-11教师台登录信息帧起始符地址命令字信息长度信息内容结束符$133TC20XF2#转接台接受到一个如表3-11所示的信息帧，接受存储该信息后，转接台会马上回复一个信息已接受的信息。此种信息帧不包含的信息内容，转接台媒接受到一个信息到会回复该种信息以表示信息收到，

42、其信息帧格式如表3-12所示。表3-12信息接受确认帧起始符地址命令字信息长度结束符$133CT00XA0#转接台发出信息接受确认后，再回头检测已存储信息的地址字节段发现信息是有03号教师台发出的，再检测到命令字段是TC2，可知是持有03号的教师要求登录，随后检测其信息内容段，将数字代号转换翻译得知是教授课程设计、电装实习的张三老师要求登录。在在线教师表中添加该条在线教师信息，完成该教师的登录。随后向03号教师台发送登录确认信息帧。 表3-13登录确认帧起始符地址命令字信息长度结束符$133CT20XA0# 第四章 硬件设计转接台系统硬件结构如图4-1所示，系统由5个部分构成，ATmega12

43、8 CPU核心板、显示屏LCD12864、4位独立按键、RS232串口和无线通信模块nRF905。图4-1 硬件结构图4.1 ATmega128 CPU核心板 ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间， ATmega128的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。AVR 内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的复杂指令集微处理器高

44、10倍的数据吞吐率。 ATmega128 具有如下特点：128K字节的系统内可编程Flash( 具有在写的过程中还可以读的能力，即RWW)、4K字节的EEPROM、4K字节的SRAM、53个通用I/O 口线、32个通用工作寄存器、实时时钟RTC、4个灵活的具有比较模式和PWM功能的定时器/ 计数器(T/C)、两个USART、面向字节的两线接口TWI、8通道10 位ADC( 具有可选的可编程增益)、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、SPI 串行端口、与IEEE 1149.1 规范兼容的JTAG 测试接口( 此接口同时还可以用于片上调试)，以及六种可以通过软件选择的省电模式。空闲模式时CPU停止

45、工作，而SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作，寄存器的内容则一直保持；省电模式时异步定时器继续运行，以允许用户维持时间基准，器件的其他部分则处于睡眠状态；ADC噪声抑制模式时CPU和所有的I/O模块停止运行，而异步定时器和ADC继续工作，以减少ADC转换时的开关噪声； Standby 模式时振荡器工作而其他部分睡眠，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby 模式则允许振荡器和异步定时器继续工作。图4-2 ATmega128管脚图 器件是以Atmel的高密度非易失性内存技术生产的。片内I

46、SP Flash可以通过SPI接口、通用编程器，或引导程序多次编程。引导程序可以使用任何接口来下载应用程序到应用Flash存储器。在更新应用Flash存储器时引导Flash区的程序继续运行，实现RWW操作。通过将8位RISC CPU与系统内可编程的Flash 集成在一个芯片内，ATmega128为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的方案。ATmega128 AVR有整套的开发工具，包括C编译器，宏汇编，程序调试器/仿真器和评估板。4.2 显示屏LCD12864概述带中文字库的LCD128X64 是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点

47、阵图形液晶显示模块。其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16 点汉字，和128个16*8 点ASCII 字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4 行16×16 点阵的汉字，也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。图4-3 LCD12864硬件连接图LCD12864在地址的排列上是分为上、下半屏来显示的，上半屏横向的列地址（X）是07(00

48、h-07h)，下半屏的列地址是815(08h- 0fh)。而每个一地址都可写入两个字节的内容，它们是按高位在前低位在后排列的。垂直方向上的地址（Y）上半屏是031(00h-1fh)，下半屏的 Y地址仍是031(00h-1fh)，可以看出，它的地址排列方式还是将下半屏接在上半屏后面的，因此这块LCD12864，虽然在点阵的物理排列上是 128×64，但在地址排列上，它却是块256×32。图4-4 LCD12864命令集图4.3 有线通信模块RS232概述目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标

49、准。在数据通信领域中 包括各种终端和计算机端口在内的设备称作数据终端设备，即DTE。与之相比，调制解调器和其他通信设备，则称作数据通信设备，即DCE。数据终端设备和数 据通信设备之间的分界是连接它们的插件，而对这一分界的说明，则是从物理、电气以及逻辑上进行数据交换的规则，它是由接口标准规定的。最常用的EIA RS-232标准，EIA标准的很多内容以被其他许多标准化组织所采纳。RS-232C是1969年EIA提出的建议标准（Recommend Standard），232则表示一个具体通信标准的识别号码，后缀C表明此标准最后的修订版本。RS-232C标准适用于数据终端设备与数据通信设备之间、速率范

50、围从0到20000b/s的串行数据传输。此标准限制数据终端设备和数据通信设备之间的电缆长度为15m，RS-232C标准的另一部分是规定 用电缆接头作为数据终端设备和数据通信设备的接插件，这就是熟知的DB-25接插件。电缆两端都装备有“凸形”插头，通常它被设计成能插到调制解调的 DB-25凹形插座上。后来IBM的PC机将RS-232简化成了DB-9连接器，从而成为事实标准。而工业控制的RS-232口一般只使用RXD、 TXD、GND三条线。波仕电子对RS-232的通信距离标准进行了改进，增加到了500-1000米，并且提交到了EIA，见波仕的EX232产品。 RS- 232采取不平衡传输方式，即

51、所谓单端通讯。收、发端的数据信号是相对于信号地，如从DTE设备发出的数据在使用DB9连接器时是3脚相对5脚（信号地）的电平，DB9各引脚定义参见图4-5。典型的 RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-5-15V电平。当无数据传输时，线上为 TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3+12V与-3-12V。由于 发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS -232是为

52、点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为37k，所以RS-232适合本地设备之间的通信。RS232C串口通信接线方法，一般情况下，接口电路经常使用的有7条信号线，连接方法如下：GND-GNDTXD-RXDRXD-TXDRTS-CTSCTS-RTSDTR-DSRDSR-DTR如果是三线制的RS-232通信，只接GND、RXD、TXD即可。上面是对微机标准串行口而言的，还有许多非标准设备，如接收GPS数据或电子罗盘数据，只要记住一个原则：接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼些交叉，信号地对应相接，就能百战百胜。针脚信号定义作用1DCD载波检测Received Lin

53、e Signal Detector(Data Carrier Detect)2RXD接收数据Received Data3TXD发送数据Transmit Data4DTR数据终端准备好Data Terminal Ready5SGND信号地Signal Ground6DSR数据准备好Data Set Ready7RTS请求发送Request To Send8CTS清除发送Clear To Send9RI振铃提示Ring Indicator图4-5 RS232针号功能说明图RS232串口调试中要注意的几点：l 不同编码机制不能混接，如RS232C不能直接与RS422接口相连，必须通过波仕电子的RS-232/RS-485/RS-422转换器才能连接；l 线路焊接要牢固，不然程序没问题，却因为接线问题误事；l 串口调试时，准备一个好用的调试工具，如串口调试助手、串口精灵等，有事半功倍之效果；可以从波仕电子的官方网站上下栽。l 强烈建议不要带电插拨串口，插拨时至少有一端是断电的，否则串口易损坏。4.4 开发板拓展无线模块nRF905概述 nRF905单片无线收发器是挪威Nordic公司推出的单片射频发射器芯片，工作电